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1、高分子化学实验华东师大化学系高分子教研组2008年7月实验一常见塑料和纤维的简易鉴别1实验二甲基丙烯酸甲酯的本体聚合有机玻璃的制造4实验三用膨胀计测定苯乙烯自由基聚合反应速度6实验四酚醛塑料的合成8实验五乙酸乙烯酯的乳液聚合白胶水的制备11实验六丙烯酰胺的溶液聚合13实验七聚合物单体的预处理14实验八丙烯酸酯类压敏胶的制备14实验九强酸型阳离子交换树脂的制备16实验十界面缩聚法制备尼龙61020实验一常见塑料和纤维的简易鉴别随着高聚物科学的迅速发展，塑料、纤维的品种日益增多。在科学研究和日常生活中都需对一些未知样品进行鉴别。通常对单组分的纯样品，可根据其不同的外观形态和内在性质的差异，用燃烧法
2、、溶解法等方法就可比较准确、方便地进行鉴别。但对组成结构比较复杂的塑料和纤维，则往往需要先纯化，然后进行元素分析确定大致成份，接着可根据需要进行红外光谱、紫外光谱，核磁谱及裂解色质联用谱等分析，才能得出正确的结论。一、实验目的学会以燃烧法、溶剂溶解法鉴别一些常见的塑料和纤维。二、实验原理1. 燃烧法燃烧试验是最简单的试验方法。仔细观察塑料、纤维在燃烧时所发生的变化，如燃烧的方式、火焰的颜色、燃烧时散发出来的气味，燃烧后灰烬的颜色、形状和硬度等各种特征，即准确掌握“烟、焰、味、灰”几方面的特征。才能作出正确的判断。燃烧法的优点是简便易行，不需特殊的设备试剂，但此方法比较粗糙。塑料、纤维的燃烧特征
3、见附表11，2。2溶解法溶解法是根据各种纤维在不同的化学试剂中的溶解特性来鉴别纤维的。这种方法操作较简单，试剂容易准备，准确性较高。由于一种溶剂能溶解多种纤维，因此需要进行几种溶剂的溶解试验，才能做出正确判断。各种纤维的溶解情况见附表13。三、主要仪器和试剂煤气灯、试管、镊子、滴瓶、5NaOH、20HCl、70H2SO4、40甲酸、冰醋酸、65硫氰酸钾、丙酮等。四、实验步骤1. 燃烧鉴别法：取一片塑料（少量纤维），用镊子夹住其一端，慢慢向煤气灯（或酒精灯）的火焰靠近。仔细观察塑料接近火焰、在火焰中以及离开火焰时的燃烧状态，鉴别燃烧时发出的气味。纤维鉴别的方法同上。2. 溶解法：将少量纤维置于小
4、试管中，注入某种溶剂或溶液（溶比为100:1）,摇动试管或用玻璃棒搅拌515分钟。仔细观察溶解情况。有时还须将溶液加热至一定温度或煮沸。注意用易燃的溶剂时不能直接用火加热。五、实验结果记述聚合物燃烧试验时的火焰颜色、现象及气味和聚合物溶解试验时所用的溶剂、加热的温度及现象，将燃烧法、溶解法对塑料、纤维鉴别的结果参照附表11,2,3,以图表汇总。表11常见塑料的燃烧特征塑料品种燃烧情况气味其它现象聚乙烯容易燃烧，燃烧时火苗底部为蓝色，顶部为黄色。石蜡燃烧的气味燃烧时熔融滴落聚丙烯容易燃烧，燃烧时火苗底部蓝色，顶部黄色，少量黑烟。石油气味燃烧时熔融滴落聚苯乙烯容易燃烧，燃烧时冒浓黑烟，火苗为橙黄色
5、。苯乙烯单体气味敲击时，发出清脆的金属晌声聚氯乙烯不易燃烧，离火即灭，燃烧时冒黑烟，黄色火苗，喷溅绿色和黄色的火星。氯的刺激性气味聚甲基内烯酸甲酯容易燃烧，火苗黄色。熔融、起泡。花果臭、腐烂蔬菜臭摩擦时发出一股特有的香味硝酸纤维素（赛璐璐）极易燃烧，火焰黄色。很快全部烧完聚甲醛容易燃烧，火焰顶端黄色底部蓝色。强烈的甲醛味鱼腥臭熔融滴落聚碳酸酯慢慢燃烧，火焰黄色，黑烟炭末。特殊气味花果臭熔融、起泡酚醛树脂（木粉）慢慢燃烧，离火后自熄，火焰黄色。木材和本酚味膨胀开裂表12常见纤维的燃烧特征纤维种类燃烧情况气味灰烬颜色和形状棉易燃，产生黄色火焰及蓝烟，烧焦部分为黑褐色。有烧纸的气味灰烬少，灰末细软呈
6、浅灰色。羊毛一面徐徐冒烟起泡，一面燃烧。有烧毛发的臭味灰烬多，为有光泽的黑色发脆块状。蚕丝燃烧慢，烧时缩成一团。有烧毛发的臭味灰为黑褐色小球，用手才H压即碎。涤纶燃烧时纤维卷缩，一面熔化，一面冒烟燃烧，启黄色火焰。有芳香族化合物气味灰为黑褐色硬块，用手可捻碎。绵纶冒黑烟，一面熔化，一面缓慢燃烧，火焰很小。有氨臭味灰为黑褐色硬块，不易捻碎。睛纶一面熔化，一面缓缓燃烧，火焰呈白色，明亮有力，有时略有黑烟。有鱼腥臭味灰为黑色硬块，脆而易碎。维纶烧时纤维迅速收缩，燃烧缓慢，火焰很小。有特殊臭味灰为褐色硬块，可用手捻碎。表13各种纤维的溶解情况试齐1J5%氢氧化钠20%盐酸35%盐酸70%硫酸40%甲酸
7、冰醋酸65%硫鼠酸钾次氯酸钠内酮6:4苯酚：四氯乙烷温度（C）沸室温室温2335沸沸7075232523254050时间（min）15151510152010203020样品棉XXXVXXXXXX羊毛VXXXXXXVXX蚕丝VXVVXXXVXX涤纶XXXXXXXXXV锦纶XVVVVVXXXV睛纶XXXXXXVXXX维纶XVVVVVXXXX注：解X一不溶思考题：用溶解法鉴别纤维时，为什么只需少量纤维（溶比为100：1）?参考资料：1. 陈稀、黄象安，化学纤维实验教程，纺织工业出版社2. 化学纤维知识组编，化学纤维知识，科学出版社，19783. 夏炎，高分子科学简明教程，科学出版社，1987实验二
8、甲基丙烯酸甲酯的本体聚合有机玻璃的制造一、实验目的：了解本体聚合的原理，熟悉有机玻璃的制备方法。二、实验原理：本体聚合是指单体仅在少量的引发剂存在下进行的聚合反应，或者直接在热、光和辐照作用下进行的聚合反应。本体聚合具有产品纯度高和后处理简单等优点。但本体聚合的另一个显著特点是体系粘度大，传热差，且在反应进行到某一阶段时会出现自动加速现象，这时若不能及时排除反应热，轻则使分子量分布变宽，降低材料的机械强度，重则引起“爆聚”而使产品报废。在引发剂作用下，甲基丙烯酸甲酯的聚合反应是个放热过程。反应热的累积会导致反应物温度的升高，促使聚合反应加速进行，造成局部过热而导致单体气化或聚合物裂解。制件就会
9、产生气泡或空心。另外由于单体和聚合物的密度相差甚大（甲基丙烯酸甲酯为0.94，聚甲基丙烯酸甲酯1.18），因而在聚合时会产生体积收缩。如果聚合热未经有效排除，各部分反应便不一致，收缩也不均匀，因而导致裂纹与表面起皱现象的产生。为避免这种现象的产生，在实际生产有机玻璃时常常采取预聚成浆法和分步聚合法。整个制作过程分五个步骤：制模、制浆、灌浆、聚合和脱模。聚甲基丙烯酸甲酯为无定形聚合物，具有高度的透明性，因此被称作有机玻璃。聚甲基丙烯酸甲酯具有较好的耐冲击强度和良好的低温性能，是航空工业与光学仪器制造业的重要材料。有机玻璃表面光滑，在一定的曲率内光线可在其内部传导而不逸出，因此在光导纤维领域中也得
10、到了应用。三、主要仪器和试剂锥形瓶、烧杯、温度计、两支玻璃小试管（1.5M0cm）甲基丙烯酸甲酯、邻苯二甲酸丁酯、过氧化苯甲酰四、实验步骤:1. 制模将两支玻璃小试管洗净烘干作为模具。2. 制浆在50ml锥形瓶中称取25克甲基丙烯酸甲酯（要经处理除去阻聚剂），再加入30毫克过氧化苯甲酰和2.5克邻苯二甲酸二丁酯，摇匀后在瓶口包上一张塑料薄膜，用绳子扎紧。在90左右的水浴上加热，进行预聚合。在此过程中间隙振荡锥形瓶，并注意观察体系的粘度。待反应液呈粘稠浆液（比纯甘油更稠些）时，即停止加热，并立刻置于冷水中迅速冷却以终止聚合反应，以免进一步聚合产生自动加速作用。3. 灌浆将上一步骤中制得的预聚浆液
11、小心地灌入模具中（注意液面应略低于模具的上部边缘），然后用玻璃纸严密封口，使反应物与空气隔绝。4. 聚合将已经灌好浆液的模具放入恒温烘箱中，按下列条件进行聚合：50保持3小时，3小时后转化率大约可达到1020，反应体系已经很粘，极易产生自动加速作用，因此必须降低温度到40，并保持20小时，使转化率达80。此时聚合反应速度已显著下降，可以提高温度至105，并保持3小时，使反应进一步完成，然后逐步降温到40即可脱模。5. 脱模将试管轻轻击破，即可得到透明的棒状有机玻璃。附注：1. 第二阶段即低温聚合阶段应严格控制反应温度。一般应保持在45以下，待全部产品都不流动时才能升温。2. 学生可将剩余的预聚
12、物倒入一支小试管中进行爆聚实验，即在沸水温度下继续加热使爆聚发生。思考题：解释自动加速效应产生的原因，此实验中如何避免产生自动加速效应？参考资料：1. 珊湖化工厂编著，有机玻璃，上海人民出版社，2. 何卫东，高分子化学实验，中国科学技术大学出版社，19752003实验三用膨胀计测定苯乙烯自由基聚合反应速度、实验目的掌握用膨胀计测定自由基聚合反应速度的方法。、实验原理聚合反应速度通常用每秒每升反应物有多少摩尔单体转化为聚合体，即每秒钟单体浓度变化(mol/Ls)表示，可以通过测定体系中任何随反应物浓度呈比例变化的性质来测量，本实验采用膨胀计法，其依据是单体密度小，聚合物密度大，随着聚合反应的进行
13、，体积会发生收缩。当一定量单体聚合时，体积的变化与转化率成正比，本实验所用的膨胀计如图1所示，由较大的反应容器与较细长的毛细管组成。用毛细管来观察聚合过程中的体积变化，可以增加灵敏度。若用P表示转化率；AVt表示聚合至t时间时，测得的体积收缩；AV表示W克单体百分之百转化到聚合体的体积收缩，亦称最大体积收缩，贝UVt“P100%V一一，11图1膨胀计V(ml)(-)Wdmdp式中dm为单体密度(本实验中，聚合温度为70C,dm=0.860g/cm3),dp为聚合体密度(70C时dp=1.046g/cm3)实验时，只需测得装入膨胀计的苯乙烯体积V(ml),亦即知道了其重量W(g),重量W即为Vd
14、(d为室温下苯乙烯密度，20c时为0.907g/cm3)再分别在力也tn(min)测得体积收缩AVi,A十AVn,算出相应的转化率巳以P对t作图，取低转化率下的直线部分，从直线斜率即可算出每分钟的转化率x,按下式可计算出平均聚合反应速度。Rpd-P1M0xM。dtt2t1按定义在本体聚合中M0W/MV-d1103(mol/L)d/M103(mol/L)VMV式中M为苯乙烯分子量，d为聚合温度下苯乙烯的密度，W为苯乙烯的重量。_3cxd103/一，、Rp(mol/Ls)M60三、主要仪器和试剂、甲苯恒温水浴、膨胀计、精制苯乙烯、偶氮二异丁睛(重结晶)四、实验步骤1 .将单体重量约0.1%的AIBN加到精制苯乙烯中，轻轻摇动使之全部溶解，用10ml刻度移液管把已溶解AIBN的苯乙烯加入到膨胀计中，赶去活塞下方可能存在的气泡，关闭活塞，记
